IGBT在UPS不間斷電源中的作用

來源：存能電氣  日期：2019-08-08 15:48  瀏覽量：次

　　IGBT在UPS不間斷電源中的作用。3KVA以上功率的在線式UPS幾乎全部采用IGBT作為逆變部分的功率器件，常用全橋式電路和半橋電路。在UPS電源中使用的功率器件有雙極型功率晶體管、功率MOSFET、可控硅和IGBT，IGBT既有功率MOSFET易于驅動，控制簡單、開關頻率高的優(yōu)點。

　　IGBT在UPS不間斷電源中的作用

　　UPS電源的發(fā)展主要經歷了4個階段，將IGBT新技術應用于UPS領域，使得整機性能、效率、可靠性等都得到很大提升，為廣播電視、通訊等行業(yè)現(xiàn)代化設備的穩(wěn)定運行提供了可靠的電力保障。在UPS不間斷電源系統(tǒng)中的主要模塊IGBT是電源系統(tǒng)關鍵的電子元器件，起到摯關重要的作用那這個模塊在UPS電源系統(tǒng)中的IGBT的驅動和放大的電路運行性能有以下4點：

　　1、IC17組成的光電隔離電路，光電隔離電路使得來自于接口的SPWM電壓信號的±15V電源與驅動放電電路中的電源進行隔離，應為驅動放大電路的±15V電源以IGBT發(fā)射極為基準。

　　2、兩個TL431及IC66B組成的SPWM脈沖自鎖電路，當驅動信號為高電平或低電平時，通過自鎖電路將脈沖電平進行鉗位，防止SPWM脈沖信號受到外界的干擾，提高了驅動放大電路的抗干擾能力。

　　3、三極管VT6及IC6A、IC6F組成的IGBT功率管過流保護電路，為了防止由于某種原因使得IGBT功率管過流，通過過流保護電路封鎖SPWM脈沖信號。

　　4、三極管VT9、VT8、VT7及MOS管MF6、MF5組成的IGBT脈沖驅動電路，為了防止由于某種原因使得IGBT功率管在±15V時快速開通，—15V時迅速關斷，防止逆變器橋出現(xiàn)“連通”現(xiàn)象。

　　IGBT在UPS中的應用情況

　　絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種MOSFET與雙極晶體管復合的器件。據東芝公司資料，1200V/100A的IGBT的導通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOSFET的1/10，而開關時間是同規(guī)格GTR的1/10。由于這些優(yōu)點，IGBT廣泛應用于不間斷電源系統(tǒng)UPS的設計中。這種使用IGBT的在線式UPS電源具有效率高，抗沖擊能力強、可靠性高的顯著優(yōu)點。

　　隨著UPS不間斷電源技術的發(fā)展和各國對電源輸入功率因數(shù)要求，采用PFC功率因數(shù)校正的UPS日益普及，PFC電路工作的基頻至少20KHZ，使用的濾波器電感和濾波電容的體積重量大大減少，不必加諧波濾波器就可使輸入功率因數(shù)達到0.99，PFC電路中常用IGBT作為功率器件，應用IGBT的PFC整流器是有效率高、功率容量大、綠色環(huán)保的優(yōu)點。

　　UPS電源的充電器常用的有反激式、BOOST升壓式和半橋式。大電流充電器中可采用單管IGBT，用于功率控制，可以取得很高的效率和較大的充電電流。

　　UPS不間斷電源在使用過程中，經常受到容性或感性負載的沖擊、過負荷甚至負載短路等，以及UPS的誤操作，可能導致IGBT損壞。IGBT在使用時的損壞原因主要有以下幾種情況：

　　(1)過電流損壞

　　IGBT有一定抗過電流能力，但必須注意防止過電流損壞。IGBT復合器件內有一個寄生晶閘管，所以有擎住效應。當漏極電流大到一定程度時，這個正偏壓足以使NPN晶體管開通，進而使NPN和PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，于是寄生晶閘管開通，門極失去了控制作用，便發(fā)生了擎住效應。IGBT發(fā)生擎住效應后，漏極電流過大造成了過高的功耗，最后導致器件的損壞。

　　(2)過電壓損壞

　　IGBT在關斷時，由于逆變電路中存在電感成分，關斷瞬間產生尖峰電壓，如果尖峰電壓過壓則可能造成IGBT擊穿損壞。

　　(3)橋臂共導損壞

　　在UPS電源中，逆變橋同臂支路兩個驅動必須是互鎖的，而且應該設置死區(qū)時間(即共同不導通時間)。如果發(fā)生共導，IGBT會迅速損壞。在控制電路應該考慮到各種運行狀況下的驅動問題控制時序問題。

　　(4)過熱損壞和靜電損壞

　　可通過降額使用，加大散熱器，涂敷導熱膠，強制風扇制冷，設置過溫度保護等方法來解決過熱損壞的問題。此外還要注意安裝過程中的靜電損壞問題，操作人員、工具必須進行防靜電保護。

　　文末總結：只有合理運用IGBT，并采取有效的保護方案，才可能提高IGBT在UPS不間斷電源中的可靠性。有功率晶體管的導通電壓低，通態(tài)電流大的優(yōu)點、使用IGBT成為UPS電源功率設計的首選，只有對IGBT的特性充分了解和對電路進行可靠性設計，才能發(fā)揮IGBT的優(yōu)點。

　　隨著新技術發(fā)展對供電質量需求的不斷提高,UPS電源經歷了多次技術變革,特別是將IGBT技術應用于UPS領域,使UPS發(fā)生了一次巨大的變革,使得整機性能發(fā)生了非常大的變化。